હાઇડ્રાઇડ (hydride)

હાઇડ્રાઇડ (hydride) : હાઇડ્રોજનનાં ધાતુ અથવા ઉપધાતુ (meta-lloid) તત્વો સાથેનાં દ્વિઅંગી (binary) સંયોજનો. તત્વ કયા પ્રકારનો હાઇડ્રાઇડ બનાવશે તે તેની વિદ્યુતઋણતા (electro-negativity) ઉપર આધાર રાખે છે. હાઇડ્રાઇડ સંયોજનોને નીચેના વર્ગોમાં વહેંચી શકાય :

(1) આયનિક (ionic) અથવા ક્ષાર જેવા (salt-like) હાઇડ્રાઇડ,

(2) સહસંયોજક (covalent) અથવા આણ્વિક (molecular) હાઇડ્રાઇડ,

(3) ધાત્વીય અથવા અંતરાલી (interstitial) હાઇડ્રાઇડ.

(1) આયનિક અથવા ક્ષાર જેવા હાઇડ્રાઇડ : આવર્તક કોષ્ટકના સમૂહ 1ની ધાતુઓ (આલ્કલી ધાતુઓ; દા. ત., Na, K વગેરે) અને સમૂહ 2ની ધાતુઓ (આલ્કલાઇન મૃદા ધાતુઓ; દા. ત., Ca, Sr, Ba) એટલે કે S-ખંડ(S-block)નાં તત્વો આવાં હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે; દા. ત., NaH, CaH₂. ધાતુતત્વનો ઇલેક્ટ્રૉન હાઇડ્રોજન ઉપર જવાથી આ પ્રકારના હાઇડ્રાઇડ બને છે. આથી તેમાંનો હાઇડ્રોજન ઋણભારવાહી અથવા હાઇડ્રાઇડ આયન (H^–) ધરાવે છે. આવાં હાઇડ્રાઇડ આયનિક જાલક (lattice) ધરાવે છે. તેમને ક્ષારીય (saline) હાઇડ્રાઇડ પણ કહે છે. આ સંયોજનો રંગવિહીન, સ્ફટિકમય ઘન સ્વરૂપમાં હોય છે. તેઓ ઊંચા ગ.બિં., ઊંચી નિર્માણ-ઉષ્મા (heat of formation) અને ઊંચી રાસાયણિક સ્થિરતા ધરાવે છે. તેઓ સામાન્ય તાપમાને કાર્બનિક દ્રાવકોમાં અદ્રાવ્ય હોય છે; પણ જો દ્રાવક સાથે પ્રક્રિયા કરે તો દ્રાવ્ય થઈ શકે છે. પીગળેલા હેલાઇડ ક્ષારમાં તેઓ પ્રક્રિયા કર્યા વિના પણ દ્રાવ્ય થાય છે. તેઓ આયનિક છે તેની સાબિતી નીચે પ્રમાણે છે :

(અ) પીગળેલો LiH (ગ.બિં., 691° સે.) વિદ્યુતવાહક હોય છે અને વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન ધનધ્રુવ (anode) આગળ હાઇડ્રોજન મુક્ત થાય છે, જે H^– આયનની હાજરી સૂચવે છે.

(આ) અન્ય આયનિક હાઇડ્રાઇડ પીગળે તે પહેલાં જ વિઘટન પામે છે; પણ તેઓ આલ્કલી હેલાઇડ જેવા પિગાળ(દ્રવ – melt)માં ઓગળે છે; દા. ત., CaH₂ એ Li Cl/KClના ગલનક્રાંતિક મિશ્રણમાં ઓગળે છે અને પિગાળનું વિદ્યુતવિભાજન કરવાથી ધનધ્રુવ હાઇડ્રોજન મુક્ત થાય છે.

(ઇ) આ હાઇડ્રાઇડ સ્ફટિક સંરચના જાણીતી છે અને તેઓ કોઈ દિશાત્મક આબંધન (directional bonding) દર્શાવતાં નથી.

આ હાઇડ્રાઇડ સંયોજનોની ઘનતા તેઓ જે ધાતુમાંથી બન્યાં હોય તેના કરતાં વધુ હોય છે. ધાતુની જાલકને ખલેલ પહોંચાડ્યા વિના જાલકમાંનાં છિદ્રોમાં H^– ભરાઈ જતો હોવાથી આમ બને છે. તેમનું સામાન્ય સૂત્ર M⁺ H^– વડે દર્શાવી શકાય (M = ધાતુ). LiHને અપવાદ તરીકે ગણતાં બધાં જ આયનિક હાઇડ્રાઇડ ઊંચા (400°થી 500° સે.) તાપમાને તેમનાં સંઘટકીય તત્વોમાં વિઘટન પામે છે.

H^– આયન અસામાન્ય આયન ગણાય છે તથા પાણીમાં તે અસ્થાયી છે. આથી આયનિક હાઇડ્રાઇડ પાણી સાથે પ્રક્રિયા કરી હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે :

LiH + H₂O → LiOH + H₂

CaH₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + 2H₂

હાઇડ્રાઇડ પ્રબળ અપચયનકર્તા છે, ખાસ કરીને ઊંચા તાપમાને.

2CO + NaH → HCOONa + C

SiCl₄ + 4NaH → SiH₄ + 4NaCl

PbSO₄ + 2CaH₂ → PbS + 2Ca(OH)₂

હાઇડ્રાઇડની ઉષ્મા-સ્થિરતા (thermal stability) લિથિયમ હાઇડ્રાઇડથી સિઝિયમ હાઇડ્રાઇડ તરફ જતાં અને કૅલ્શિયમ હાઇડ્રાઇડથી બેરિયમ હાઇડ્રાઇડ તરફ જતાં ઘટે છે; પરંતુ મૅગ્નેશિયમ હાઇડ્રાઇડનું વિઘટન નીચા તાપમાને થાય છે. હવા અને પાણી પ્રત્યે સક્રિય હોવાથી રુબિડિયમ, સિઝિયમ અને બેરિયમના હાઇડ્રાઇડ ભેજવાળી હવામાં તરત સળગી ઊઠે છે. લિથિયમ અને સોડિયમનાં હાઇડ્રાઇડનો સંશ્લેષિત (synthetic) રસાયણમાં અપચયનકર્તા તરીકે વિશેષ ઉપયોગ થાય છે. અન્ય અગત્યનાં હાઇડ્રાઇડ બનાવવામાં પણ તેઓ ઉપયોગી છે; દા. ત., લિથિયમ ઍલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રાઇડ અને સોડિયમ બોરોહાઇડ્રાઇડ.

4LiH + AlCl₃ → LiAlH₄ + 3LiCl

4NaH + B(OCH₃)₃ → Na(BH₄) + 3NaOCH₃

(2) સહસંયોજક અથવા આણ્વિક હાઇડ્રાઇડ : સહસંયોજક હાઇડ્રાઇડમાં હાઇડ્રોજન અને અન્ય તત્વ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મની ભાગીદારીથી રાસાયણિક બંધ બને છે. આવર્તક કોષ્ટકમાંના p-બ્લૉકમાંના [(13, 14, 15, 16, 17માં અગાઉનાં III, IV, V, VI અને VIIમાં) સમૂહનાં] તત્વોનાં હાઇડ્રાઇડ આ પ્રકારનાં છે. આ તત્ત્વોના પરમાણુઓ તથા હાઇડ્રોજન વચ્ચે વિદ્યુતઋણતાનો તફાવત નજીવો છે. આ સંયોજનો સામાન્યત: વિવિક્ત (પૃથક, discrete) સહસંયોજક અણુઓ ધરાવે છે અને વાન ડર વૉલ્સનાં નિર્બળ બળો તેમના અણુઓને એકસાથે પકડી રાખે છે. આથી તેઓ બાષ્પશીલ હોય છે અને નીચાં ગલનબિંદુ તથા ઉત્કલનબિંદુ ધરાવે છે. તેઓ વિદ્યુતનું વહન કરતાં નથી. તેમનું સામાન્ય સૂત્ર XH_n અથવા XH_(8-n) છે, જેમાં n એ અગાઉની પ્રણાલી મુજબના આવર્તક કોષ્ટકમાં X તત્વ જે સમૂહમાં આવેલું હોય તે સંખ્યા દર્શાવે છે. કાર્બનિક રસાયણમાંનાં એલિફેટિક (aliphatic) અને ઍરોમેટિક (aromatic) સંયોજનો કાર્બનનાં સહસંયોજક સંયોજનો છે.

જ્યારે ધાતુ-હાઇડ્રાઇડમાંના હાઇડ્રોજન(અથવા પ્રોટિયમ ¹H)નું ડ્યુટેરિયમ વડે વિસ્થાપન કરવામાં આવે છે ત્યારે સામાન્યત: અસ્થાયી એવા ડ્યુટેરાઇડ ઉત્પન્ન થાય છે.

આ હાઇડ્રાઇડો અનેકવિધ રીતો દ્વારા બનાવી શકાય છે :

(i)     હાઇડ્રોજન સાથે સીધી પ્રક્રિયા દ્વારા –

        3H₂ + N₂ → 2NH₃ (ઊંચા તાપમાન અને દબાણ + ઉદ્દીપક; હાબર પ્રવિધિ)

        2H₂ + O₂ → 2H₂O [તણખો (spark); સ્ફોટક પ્રક્રિયા]

        H₂ + Cl₂ → 2HCl (દહન, શુદ્ધ HCl મેળવવા માટે)

(ii)     ઈથર જેવા શુષ્ક દ્રાવકમાં LiAlH₄ સાથે હેલાઇડની પ્રક્રિયા દ્વારા –

        4BCl₃ + 3LiAlH₄ → 2B₂H₆ + 3AlCl₃ + 3LiCl

        SiCl₄ + LiAlH₄ → SiH₄ + AlCl₃ + LiCl.

(iii)     યોગ્ય દ્વિઅંગી (binary) સંયોજનની ઍસિડ સાથેની પ્રક્રિયા દ્વારા –

        2Mg₃B₂ + 4H₃PO₄ → B₄H₁₀ + 2Mg₃(PO₄)₂ + H₂

        Al₄C₃ + 12HCl → 3CH₄ + 4AlCl₃

        FeS + H₂SO₄ → H₂S + FeSO₄

        Ca₃P₂ + 3H₂SO₄ → 2PH₃ + 3CaSO₄

(iv)    જલીય દ્રાવણમાં ઑક્સોઍસિડની NaBH₄ સાથેની પ્રક્રિયા વડે –

        4H₃AsO₃ + 3NaBH_{4 →}  4AsH₃ + 3H₃BO₃ + 3NaOH

(v)     ઊંચા તાપમાને એક હાઇડ્રાઇડનું બીજામાં પરિવર્તન –

        B₄H₁₀ → B₂H₆ + અન્ય નીપજો.

(vi)    નીરવ વીજવિભાર અથવા માઇક્રોવેવ વિભાર દ્વારા સાદાં હાઇડ્રાઇડમાંથી લાંબી શૃંખલાવાળાં હાઇડ્રાઇડ મળી શકે છે.

        GeH₄ → Ge₂H₆ → Ge₃H₈ → Ge₉H₂O સુધી.

13મા સમૂહનાં હાઇડ્રાઇડ અસાધારણ પ્રકૃતિ ધરાવે છે. તેઓ બહુલકી (polymeric) તથા ઇલેક્ટ્રૉન ઊણપવાળાં હોય છે. બોરૉનનો સાદો હાઇડ્રાઇડ ડાઇબોરેન (B₂H₆) છે. સંકીર્ણ હાઇડ્રાઇડોમાં B₄H₁₀, B₅H₉, B₅H₁₁, B₆H₁₀, B₁₀H₁₄ જાણીતા છે. ઍલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રાઇડ બહુલક સ્વરૂપે (AlH₃)_n હોય છે. આ હાઇડ્રાઇડમાં બહુકેન્દ્રી આબંધન (multi-centre-bonding) જોવા મળે છે.

સાદા હાઇડ્રાઇડો ઉપરાંત હેલોજન સિવાયનાં બાકીનાં હલકાં તત્વો બહુકેન્દ્રીય (polynuclear) હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે. કાર્બન પણ હાઇડ્રોજન સાથે અસીમિત શૃંખલા રૂપે હાઇડ્રોકાર્બન બનાવે છે, જેઓને ત્રણ વિભાગમાં વહેંચી શકાય :

    CH₄, C₂H₆ ……….. C_nH_2n + 2    આલ્કેન્સ

    C₂H₄, C₃H₆ ……….. C_nH_2n         આલ્કિન્સ

    C₂H₂, C₃H₄ ……….. C_nH_2n – 2    આલ્કાઇન્સ

    C₆H₆                                                   ઍરોમેટિક

સિલિકોન તથા જર્મેનિયમ માત્ર સંતૃપ્ત સંયોજનો જ બનાવી શકે છે. વધુમાં વધુ લાંબી શૃંખલા Si10H22માં હોય છે. આ ઉપરાંત અન્ય તત્વો પણ લાંબી શૃંખલા ઓછાવત્તે અંશે બનાવી શકે છે; દા. ત.,

Sn₂H₆, N₂H₄, HN₃, P₃H₅, As₃H₅, H₂O₂

અને H₂O₃, H₂S₂, H₂S₃, H₂S₄, H₂S₅ તથા H₂S₆

(3) ધાત્વીય અથવા અંતરાલી (interstitial) હાઇડ્રાઇડો : d-વિભાગ(block)માંનાં ઘણાં તત્વો તથા ƒ–વિભાગ(block)માંનાં લેન્થેનાઇડ તેમજ ઍક્ટિનાઇડ તત્વો હાઇડ્રોજન સાથે પ્રક્રિયા કરી ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડો બનાવે છે; દા. ત., H₃; પરંતુ d–વિભાગની મધ્યમાં રહેલાં તત્વો હાઇડ્રાઇડો બનાવતાં નથી. આને કોઈ વાર હાઇડ્રોજન મધ્યાંતર (hydrogen gap) કહે છે. Pd/H₂ પ્રણાલી અસામાન્ય અને રસપ્રદ છે. જ્યારે રક્તતપ્ત પેલેડિયમને હાઇડ્રોજનમાં ઠંડું પાડવામાં આવે છે ત્યારે તે પોતાના કદ કરતાં 935 ગણા હાઇડ્રોજનનું અવશોષણ અથવા અધિધારણ (occlusion) કરે છે. આથી તેને હિલિયમ કે અન્ય વાયુઓમાંથી H₂ કે ડ્યુટેરિયમ(D₂)ને અલગ કરવા વાપરી શકાય.

ધાત્વીય હાઇડ્રાઇડો સામાન્યત: ધાતુને હાઇડ્રોજન સાથે ઊંચા તાપમાને તથા દબાણે પ્રક્રિયા દ્વારા મેળવાય છે. આ હાઇડ્રાઇડ તેમની મૂળ ધાતુ જેવા જ ગુણધર્મો દર્શાવે છે. હાઇડ્રોજનના પ્રવેશ દ્વારા તેમનાં સ્ફટિક જાલક (crystal lattice) વિસ્તરેલાં (expanded) હોય છે. સ્ફટિક જાલકમાંની આ વિકૃતિને કારણે આવાં હાઇડ્રાઇડ બરડ (brittle) હોય છે. આથી હાઇડ્રાઇડ બને ત્યારે ધાતુનો ઘન ટુકડો બારીક પાઉડર-સ્વરૂપ બની જાય છે. આ પાઉડરને ગરમ કરતાં તેના વિઘટન દ્વારા હાઇડ્રોજન નીકળી જતાં ધાતુ ખૂબ સૂક્ષ્મ સ્વરૂપે મળે છે, જે ઉદ્દીપક તરીકે વપરાય છે. ધાતુકર્મમાં પણ તે ઉપયોગી છે. ઘણાં ઉદાહરણોમાં આ સંયોજનો અતત્ત્વયોગમિતીય (અરસ-સમીકરણમિતીય, non-stoichiometric) હોય છે; દા. ત., LaH_n, TiH_n, PdH_n. આનાં લાક્ષણિક ઉદાહરણો છે –

LaH_2.87; YbH_2.55; TiH_1.8; ZrH_1.9; VH_1.6; NbH_0.7 અને PdH_0.7.

આવાં સંયોજનોને શરૂઆતમાં અંતરાલી હાઇડ્રાઇડો કહેતાં, પણ તેમને તત્વ-બિનપ્રમાણી સંયોજન ઘન દ્રાવણ રૂપે ગણી શકાય.

થોડાં હાઇડ્રાઇડ ઉપરના વર્ગીકરણમાં બંધબેસતાં નથી; જેમ કે, (BeH₂)_n બહુલકીય (polymeric) છે. MgH₂ના ગુણધર્મો આયનિક તથા સહસંયોજક હાઇડ્રાઇડની વચ્ચેના જોવા મળે છે. CuH, ZnH₂, CdH₂, HgH₂ જેવાં હાઇડ્રાઇડ ધાત્વીય અને સહસંયોજક વચ્ચેના ગુણ ધરાવે છે. આવાં હાઇડ્રાઇડો મધ્યવર્તી (intermediate) હાઇડ્રાઇડ તરીકે ઓળખાય છે. તેઓ ઇલેક્ટ્રૉન-ઊણપવાળાં હોવાનો સંભવ છે. ઝિંક, કૅડમિયમ અને મર્ક્યુરીનાં ઉપર જણાવેલાં હાઇડ્રાઇડ તેઓના ક્લોરાઇડનું LiAlH₄ દ્વારા અપચયન કરીને મેળવવામાં આવે છે.

કેટલાંક હાઇડ્રાઇડને બહુકેન્દ્રીય અથવા સંકીર્ણ હાઇડ્રાઇડ કહેવામાં આવે છે. તેઓમાં બે અથવા વધારે ધાતુઓ હાઇડ્રોજન સેતુ (hydrogen bridge) વડે જોડાયેલી હોય છે. ધાતુ-બોરોહાઇડ્રાઇડ Mⁿ⁺(BH₄)_n અને ધાતુ-ઍલ્યુમિનો હાઇડ્રાઇડ Mⁿ⁺(AlH₄)_n આ પ્રકારનાં છે. આલ્કલી-બોરોહાઇડ્રાઇડ સંયોજનો આલ્કલી ધાતુનાં હાઇડ્રાઇડ અને બોરૉન હાઇડ્રાઇડ વચ્ચેની પ્રક્રિયા દ્વારા મેળવાય છે. M⁺(BH₄)^– સફેદ, સ્ફટિકમય આયનિક ઘન પદાર્થો હોય છે. તેઓ પાણીમાં જલવિભાજન પામી હાઇડ્રોજન મુક્ત કરતાં હોવાથી અપચયનકર્તા તરીકે વપરાય છે.

જ. પો. ત્રિવેદી

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ